熟料水泥生产线节能评估报告.docx

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熟料水泥生产线节能评估报告

曲靖宣峰水泥有限公司

2000t/d熟料新型干法水泥生产线技改工程

节能评估报告

云南省建筑材料科学研究设计院

二○○七年十一月

院长：

王梅易

总工程师：

师红

项目负责人：

杨建生

参加编制人员：

杨建生师红郑林昌

龙海燕庞志辉刘良

目次

序号

内容

页码

1

前言………………………………………………………

4

2

研究依据…………………………………………………

4

3

研究原则…………………………………………………

5

4

1.工程概述………………………………………………

5

5

2.项目的能耗情况………………………………………

11

6

3.能耗指标及分析………………………………………

12

7

4.项目节能措施及效果分析……………………………

13

8

5.纯低温余热发电………………………………………

17

9

6.建筑节能……………………………………………

22

10

7.项目节能结论………………………………………

23

前言

能源是整个国民经济发展的物质基础，节约能源是当前经济发展过程中的一个十分重要的课题。

随着我国工业化程度的不断提高，能

源消耗总量也将不断增长。

水泥制造业是基础原材料工业，也是单位产品能耗较大的行业。

在产品的制造过程中，耗用大量的煤炭和电力。

有关资料表明，水泥能耗占全国建材行业总能耗的75%左右，其消耗的煤炭占全国煤炭总消费量的15%左右，因此水泥行业节能降耗工作的进展，对国家节能降耗目标的实现，将起到至关重要的作用。

我省现有水泥企业生产技术和装备水平比较落后，加之高海拔和特殊气候条件的影响，水泥行业能耗水平与国内先进省区和发达国家能耗水平相比有较大差距。

我省水泥工业的节能途径之一，就是推广现代新型干法回转窑生产技术，以低能耗的新型水泥生产技术和设备替代高能耗、技术落后的老旧生产技术和设备，研究新型干法水泥生产中的节能降耗技术，从根本上解决问题。

本篇章对项目的节能降耗进行研究，采取积极的措施，以期获得较好的节能效果。

研究依据

（1）国家计委、国务院经贸办、建设部资源（1992）1959号文印发《关于基本建设和技术改造工程项目可行性研究报告增列节能篇章的暂行规定》的通知及附件。

（2）《节约能源暂行管理条例》

（3）《水泥工厂设计节能技术规定》

（4）《水泥企业能耗等级定额》GB/T16780-1997

（5）《云南省水泥工业节能降耗实施意见》

研究原则

认真贯彻国家产业政策和行业最新的节能设计规范，采用目前国内较先进的生产工艺技术和设备，采取积极的预防措施，使各项能耗指标达到《水泥企业能耗等级定额》的要求。

1．工程概述

曲靖宣峰水泥有限公司现有水泥厂设计规模12万吨/年（立窑），主要生产PO32.5#、PO42.5#普通硅酸盐水泥。

现有Φ2.8×10m机立窑2台，Φ1.83×6.12m磨机2台，Φ2.2×6.5m磨机2台。

现有立窑生产线主要设备及能耗指标详见表1-1。

本技改工程拟在该公司现有厂址内新建一条2000t/d熟料新型干法水泥生产线（新线）取代立窑生产线（老线）。

老线主要设备中生料磨和水泥磨直径均≤2.2m，属于淘汰产品；立窑煅烧工艺属于淘汰工艺，因此新线建设中现有的主要设备均不能纳入利用。

可以利用的现有条件主要是：

建设场地、矿山开采及运输、给排水系统、工厂现有的生活设施、辅助生产设施（如机修、化验室）等。

老线的部分设施如原料配料库、熟料配料库及水泥库等，经适当改造后，也可以利用，但其中原有的计量设施及输送设施须全部更新。

1.1工艺流程简述

生产用原燃料主要有石灰石、硬质粘土、铁粉和烟煤等。

经过破碎的石灰石、硬质粘土和铁粉按设定比例配料后送入原料磨进行烘干粉磨；出磨生料粉送入生料均化库，均化后入窑煅烧成熟料；熟料经冷却、破碎后送入熟料库储存，年产熟料60万t。

熟料

与石膏、混合材（粉煤灰、磷渣）等按设定比例配料后，送到水泥粉磨系统磨制成水泥。

新线设计中考虑了余热发电系统（4MW），并在总图布置中预留了相应的布置位置。

水泥生产工艺，简单的说就是“两磨一烧”，即“生料粉磨，熟料煅烧，水泥粉磨”。

本项目的生料粉磨系统：

含原料破碎、原料预均化、原料配料、生料粉磨、生料均化；熟料煅烧系统：

含煤粉制备和喷燃系统、窑尾预热与分解系统、窑中烧成系统、窑头冷却及熟料输送系统；水泥粉磨系统：

含石膏破碎、混合材烘干、熟料配料、水泥粉磨、水泥均化及输送、水泥包装和散装。

本项目全厂工艺流程，见图1-1；全厂主要工艺设备及能耗指标，见表1-2；全厂生产车间计量设备，见表1-3。

表1-1原有立窑生产线主要工艺设备及能耗指标表

序号

设备名称

规格型号

数量

（台）

能力

（t/h台）

总装机容量

（kW）

备注

1

颚式破碎机

600×900

1

120

85

新线建成后拆除

锤式破碎机

1300×1600

1

120

240

新线建成后拆除

2

原料烘干机

Φ2.2×14m

1

16

18.5

新线建成后拆除

3

生料磨

Φ1.83×6.12m

2

9

240×2

新线建成后拆除

Φ2.2×6.5m

1

25

380

新线建成后拆除

4

立窑

Φ2.8×10m

2

10

210+245

新线建成后拆除

5

水泥磨

Φ2.2×6.5m

2

15

380×2

新线建成后拆除

6

包装机

2嘴

5

30

11×5

新线建成后拆除

立窑线主要能耗指标

项目

单位

指标

备注

熟料标准煤耗

kg标煤/t熟料

145

水泥综合电耗

kWh/t水泥

101

表1-22000t/d生产线主要工艺设备及设计能耗指标表

序号

设备名称

规格型号性能

数量

（台）

能力

（t/h）

系统总装机容量

（kW）

1

石灰石破碎机

PPC-20.18

1

600

837

2

生料磨（立磨）

MLS3626立式辊

（含磨机、选粉机、风机等）

1

180

3830

3

煤磨

φ2.8×5.5+1.5m

1

13-16

1168

4

回转窑

（含窑中、窑尾）

φ4×60m带五级旋风预热器和分解炉

（熟料热耗：

3553kJ/kg）

1

2000t/d

2372.2

5

篦式冷却机

（窑头系统）

NG2500型第三代空气梁篦式冷却机

1

2000-

2500t/d

1719

6

水泥磨

φ3.8×13m带辊压机

1

100-110

3645

7

包装机

八嘴回转式包装机

1

90-100

96.5

设计能耗指标

项目

单位

指标

备注

熟料综合煤耗

kg标煤/t熟料

135

熟料综合电耗

kWh/t熟料

75

水泥综合电耗

kWh/t水泥

107

表1-32000t/d生产车间计量设备表

序号

设备名称

型式规格

用途

安装地点

1

微机配料调速

皮带秤

DEL0820-T6

石灰石配料

配料圆库底

2

微机配料调速

皮带秤

DEL0620-T6

粘土配料

配料圆库底

3

微机配料调速

皮带秤

DEL0620-T6

铁粉配料

配料圆库底

4

冲击式流量计

DLD2.5

生料计量

窑尾喂料仓下

5

环状天平秤

K-LS-E-DD

入窑煤粉计量

窑头煤粉仓下

6

环状天平秤

K-LS-E-DD

入分解炉煤粉计量

窑头煤粉仓下

本厂原有的计量管理机构设在化验室，有专人管理全厂的生产计量设备和检验计量设备。

制定了计量设备的校验制度和维护管理制度。

新线建成后，计量设施大幅度增加、计量精度要求也提高了，将进一步补充计量机构力量，加强计量管理。

1.2项目的能源供应概况

曲靖宣峰水泥有限公司位于云南省宣威市，地处云南省东北部，东与贵州省盘县相邻，南与曲靖市毗邻，西隔牛栏江与会泽县相望，北与贵州威宁县接壤，距省会昆明市260公里。

厂址海拔高度大约1950米。

宣威市面积6062平方公里，工业主要有农机修造、煤炭、电力、采矿、化工、冶金、化肥、建材、食品加工、烤烟、粮油加工、酿酒、制药等。

宣威是全省重要煤炭产地之一，有田坝煤矿、来宾煤矿等。

宣威交通便利，贵昆铁路纵贯市境，另有田煤、来宾煤矿、宣威电厂、云氮铁路支线4条，天杉干线公路与市内5条支线公路相通。

水泥生产所需的煤炭、电力供应充足。

当地主要能源供应情况叙述如下：

1．2．1燃料：

水泥熟料烧成用烟煤为燃料，当地烟煤发热量（分析基）为23536.7kJ/kg，挥发份27.87%，可满足新型干法水泥熟料煅烧的需要。

煤的工业分析及煤灰化学成分见表1-4、表1-5。

表1-4燃料工业分析

分析成份

Wy

Ay

Vy

Cy

全硫

QyDW（kJ/kg）

含量（%）

0.88

17.93

27.87

47.61

0.16

23536.7

表1-5煤灰化学成分

分析成分

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

合计

含量（%）

/

55.07

22.47

14.38

3.46

1.43

96.81

1．2．2供电电源:

由于水泥厂原有供电电源为6kV供电，因此技改后需在水泥厂内增加一35kV降压站对全厂进行供电。

35kV电源外线由当地电力部门设计施工，35kV降压站由业主建设。

1．2．3水源：

生产线用水取自厂区井水，水量丰富，能满足新线要求。

图1-1全厂生产工艺流程图

2．项目的能耗情况

本项目生产过程中的能耗，主要为“两磨一烧”过程中的电耗和煤耗。

全厂总装机容量约15500kW，全生产线计算负荷为12930kW。

全厂生产用电的分布情况，如图1-2。

图1-2全厂生产用电分布情况图

本项目设计生产能力为年产60万吨熟料（76万吨水泥），综合电耗为75kWh/t熟料（107kWh/t水泥）。

全厂的煤耗，主要是熟料烧成煤耗和混合材烘干煤耗。

本项目选用国家水泥工业产业政策优先推荐采用的带分解炉五级旋风预热器新型干法回转窑煅烧熟料，设计烧成热耗为3553kJ/kg熟料。

窑头、窑尾用煤比例为：

45%∶55%。

根据省内外已投产的同类型生产线实际生产统计，熟料标准煤耗平均为

135kg/t熟料，比省内现有机立窑熟料煤耗（164.25kg/t熟料）下降17.81%，比湿法回转窑熟料热耗下降40%。

3．能耗指标及分析

本项目设计的主要能耗指标及其与相应的国家标准、国内外先进指标对比情况，见表3-1。

表3-1项目主要能耗指标与国家能耗限额对比表

指标项目

（2000~4000t/d）

单位

本项目

设计指标

国家标准

（GB/T16780-200×）（报批稿）

准入值

国内先进值

国际先进值

可比熟料综合煤耗

kg标煤/t熟料

107

≤115

≤112

≤110

可比熟料综合电耗

kWh/t熟料

65

≤65

≤62

可比水泥综合电耗

kWh/t水泥

93

≤93

≤90

≤90

可比熟料综合能耗

kg标煤/t熟料

115

≤123

≤120

可比水泥综合能耗

kg标煤/t水泥

92

≤100

≤97

由表3-1可见，可比熟料综合煤耗107<112kg标煤/t熟料、可比熟料综合能耗115<120kg标煤/t熟料、可比水泥综合能耗92<100kg标煤/t水泥，均达到了国内先进水平；可比熟料综合电耗65kWh/t熟料、可比水泥综合电耗93kWh/t水泥，均达到国标准入值；符合带分解炉预热器窑水泥厂建设的节能规范要求。

表3-1中各可比能耗指标（设计值），是按表1-2中所列的各设计值经修正计算得到的。

各设计指标的统计计算方法：

采用《水泥单位产品能源消耗限额》（GB/T16780-200×）（报批稿）中所列的方法及相应的公式。

计算过程中依据的基础数据如下：

（1）宣峰公司厂址海拔高度：

1950m；

（2）所用煤的低热值：

23536.7kJ/kg；

（3）熟料设计标号：

57.5MPa；

（4）水泥品种：

52.5级普通硅酸盐水泥30万吨／年，占40%；42.5R矿渣硅酸盐水泥46万吨／年，占60%；或优质高标号熟料60万吨／年。

（5）4MW余热发电站：

年总发电量2736×104kWh，自用电量按1/3考虑。

4.项目节能措施及效果分析

为了确保各项能耗指标达到设计要求，技改方案中采用了一系列节能效果明显、技术先进可靠的新工艺、新技术和新装备。

4．1工艺及设备节能

4．1．1石灰石破碎采用一段破碎，与传统的二段破碎相比，减少了物料的中转、倒运、吸尘、排风环节，不仅降低了投资，减少了粉尘排放源，而且降低了石灰石破碎电耗15%。

4．1．2生料粉磨采用MLS3626立式辊磨，并采用窑尾废气做为烘干热源，可节约能源。

出磨废气最终并入窑尾收尘器，减少了废气处理环节和能耗。

4．1．3选用新型五级旋风预热器带分解炉回转窑，配用四通道喷煤管，使一次空气量降至10%左右，以增加二次空气量，提高燃烧空气温度和冷却机热效率。

熟料冷却采用带部分控制流篦板的新一带充气梁冷却机，热回收效率提高74%，冷却熟料所需空气量减少约20%。

4．1．4预热器、回转窑、冷却机选用优质耐火材料和隔热材料，如预热器选用隔热效果好的硅钙板，回转窑口选用耐高温、抗剥落、热震稳定性高的FH-80钢纤维浇注料，冷端选用耐碱隔热砖，冷却机选用磷酸盐耐磨砖；采取以上措施，可在保证回转窑长期安全运转的同时，降低系统散热损失，提高烧成系统热效率。

4．1．5为了提高窑系统的生产稳定性，本设计对出磨生料采取了效率高的IBA连续式气力均化，保证入窑生料CaCO3标准偏差不大于±0.3%。

在预热器四、五级旋风筒及窑尾下料管增设空气疏导器防堵装置，以保证预热器及窑系统正常运行。

4．1．6在适用前提下，设计中采用电耗较低的胶带输送机、空气输送斜槽等输送设备取代电耗较高的气力输送设备来输送粉状物料。

生料入库及入窑尾预热器采用机械输送，与气力输送相比可节电2/3左右。

尽可能选用FU型链式输送机，DS型斗式输送机和NE型高效斗式提升机、钢芯胶带提升机等新型节能产品。

这些设备具有输送量大，运距远，运行安全可靠；无故障率高，且无扬尘，可比传统输送设备节电40%以上。

4．1．7由于采取了较完善的收尘措施（详见《环境保护篇章》），生产中产生的粉尘99.86%都被回收，不仅产生较好的经济效益，而且回收了大量的能源与资源。

4．1．8全厂生产工艺上采用的各种风机、泵等均进行认真仔细的设计选型计算，以确保设备在最佳的效率点运行。

设备选用国家推荐的节能产品。

并采用全数字变频装置对风机进行调速，实现对风机风量的控制，节省电能大约30%～40%。

4．1．9石灰石矿山科学开采，可将石灰石矿石能全部利用，还可将开采境界内顶板、夹层均匀搭配利用，充分利用矿产资源。

本项目的混合材大量采用工业废渣——宣威发电厂干排粉煤灰，既节约了优质资源，又减少了废渣对环境的侵害，达到资源综合利用的效果。

4．2能源计量

强化计量工作，计量工作不仅能促进生产，保证产品质量，而且对节约能源，降低消耗有重要作用。

4．2．1原料配料：

采用多元素分析仪和微机控制配料系统，使原料配料计量精确，生料成分稳定，从而为生产高质量的水泥提供了基本条件，使熟料烧成工况稳定，熟料产量、质量提高，热耗下降。

4．2．2生料计量喂料系统：

除生料成分稳定外，入窑生料计量喂料系统是稳定烧成系统热工制度的又一重要环节。

本设计选用以固体流量计为主体，与带压力传感器称重仓的重量式喂料闭环调节系统，确保生料计量喂料均衡稳定，系统动态精度±2.0%，且系统密闭，改善了环境卫生条件。

4．2．3煤粉计量喂料系统：

窑头和分解炉的喂煤系统采用引进技术国内制造的环状天平计重机，有利于燃烧系统的稳定操作。

4．3余热利用

4．3．1生料粉磨采用窑尾废气作为烘干热源，利用窑尾废气把入磨水份10%左右的原料烘干到水份＜1%的生料，以保证生料的产质量，仅此一项每年可节约标准煤约2000吨左右。

出磨废气最终并入窑尾收尘器，减少废气处理环节和能耗。

4．3．2煤粉制备从篦冷机抽取的热风，把入磨水份的原煤烘干到水份＜1.5%的煤粉，每年可节约标准煤约1989吨。

4．3．3建4MW发电站，利用窑头窑尾纯低温余热发电，每年可发电2736×104kWh，年供电量2517×104kWh，可节约标煤10000吨，降低生产成本10-15元/吨熟料，详见下述第5部分《余热发电》。

4．4电气设计方面

4．4．1将变压器及电力室设在靠近负荷中心处，以降低线损；

4．4．2采用节能电力设备，如Y系列电机、节能变压器、变频调速装置等。

高性能的节能型变压器，可以减少变压器自身的损耗，节省电能5%左右；

4．4．3功率因素补偿，采取就地和集中补偿相结合的方式减少无功损耗，使总降功率因素达0.92以上；

4．4．4采用铜芯电缆减少线缆损耗；

4．4．5在各用电系统上装设计量表，以便考核奖惩，促进节电管理。

4．4．6选用先进节能的照明灯具，工业厂房采用新型节约型高压汞灯与高压钠灯相结合的混合照明方式，提高了照明质量，减少照明灯具，节约能源，便于检修。

4．5节约用水

为了充分利用水资源，本项目生产设备冷却水进入循环水池，循环利用。

生活污水经排水管道汇总至污水处理池，经污水处理系统

处理达到中水水质标准后输入生产循环水池。

4．6加强能源管理

首先在企业内部设置专门的机构——能源计量科，配备专职人员，负责企业的能源计量工作。

按照国家标准要求，制定企业相应的内部控制指标、配备能源计量设备、器具等，并配套制定一些节能管理制度、操作规程、奖惩办法，要求企业职工遵照执行。

在本项目的实施过程中，企业要加强节能降耗方面的宣贯，今后要定期组织一些宣传、培训、学习，强化员工的节能意识，尽快培养员工节约“每一度电、每一铲煤、每一滴水”的意识。

保证企业节能降耗各项指标的实现。

5.纯低温余热发电

目前国内最先进的水泥生产工艺，仍然有大量的350℃以下的低温余热不能被完全利用，其浪费的热量约占系统总热量的30％左右。

因此，回收水泥生产工艺过程中的低温余热，用来供热或发电，具有非常现实的节能和环保意义，符合循环经济和可持续发展的战略方针。

完全利用水泥生产中产生的废气余热作为热源的纯低温余热发电工程，整个热力系统不燃烧任何一次能源，在回收大量对空排放造成环境热污染的废气余热的同时，所建余热发电工程不对环境造成新的污染，对于减少二氧化碳的排放量，减少温室效应，保护生态环境起着积极的作用。

还可有效地降低企业的水泥生产成本、提高企业产品的市场竞争力，为企业产生良好的效益。

本项目拟利用水泥窑头、窑尾余热，建设余热发电站。

设计考虑如下前提条件：

（1）充分利用2000t/d水泥生产线窑头熟料冷却机及窑尾预热器废气余热。

（2）本工程实施后电站不应向电网返送电；

（3）本余热电站的建设及生产运行应不影响水泥生产系统的运行；

（4）本余热电站的系统及设备应以成熟可靠、技术先进、节省投资、提高效益为原则，并考虑目前国内余热发电设备实际技术水平；

（5）烟气通过余热锅炉沉降下来的窑灰应回收并用于水泥生产以达到资源综合利用及环境保护的目的。

据统计目前我国2000-2500t/d新型干法水泥生产线窑系统废气参数：

窑头废气温度波动较大180～500℃，正常时250～350℃，废气量1.1～1.3m3（标）/kg水泥熟料，含尘10g/m3（标）；窑尾（一级筒出口）废气温度320-350℃，废气量 1.4～1.6m3（标）/kg水泥熟料， 含尘65g/m3（标）。

   本项目2000t/d水泥生产线窑头冷却机中部废气余热为:

83000Nm3/h—350℃，排烟温度≤100℃，具有约2869×104kJ/h的热量；窑尾预热器废气余热为205000Nm3/h—340℃，排烟温度为200℃（排出的废气考虑用于生料磨作烘干热风），具有约3845×104kJ/h的热量。

本设计利用纯低温余热发电的技术，不补燃，采用国产的装备，可建设一座4MW余热发电电站，年发电量2736×104kWh，按电站自用电率8％计算，年供电量为2517×104kWh；若按供电煤耗每度380克标煤计算，相当于年节约10000吨标煤，可减少粉尘、ＣＯ2、ＳＯ

2、和ＮＯＸ排放，使吨水泥熟料成本降低约10－15元。

年供电量可以满足本项目完整的水泥生产线1／3以上的生产用电需要，或者水泥熟料生产线1／2以上的生产用电需要。

根据目前国内纯低温余热发电技术及设备装备现状，结合水泥窑生产线余热资源情况，综合考虑目前水泥生产线窑头、窑尾的余热资源分布情况和水泥窑的运行状况，确定热力系统及装机方案如下：

本系统主机包括2台热管余热锅炉、一套2级蒸汽过热器及一套凝汽式汽轮发电机组，装机容量为4MW。

在水泥窑头熟料冷却机中部的废气出口与窑头废气电收尘器之间设热管余热锅炉一台，即AQC炉。

保留冷却机原有烟道作为AQC炉低温段的排风烟道，当AQC炉故障检修时，水泥烧成系统可以继续运行，不影响水泥线的正常生产。

AQC炉蒸发生段产生1.3MPa，310℃的过热蒸汽；AQC炉省煤段产生190℃的热水，供AQC炉和SP炉蒸发使用。

在窑尾预热器废气出口与窑尾高温风机间设热管余热锅炉一台，SP炉产生1.3MPa，320℃的过热蒸汽。

在窑头冷却机中温段内装蒸汽过热器，将310℃过热蒸汽过热到380℃，过热器为2级。

1级过热器分别安装在AQC和SP炉内，2级过热器安装在冷却机中温段内，310℃的过热蒸汽在进2级之前设喷水减温装置，以稳定气温，满足发电要求。

与2台热管余热锅炉配套，设置一台N4-1.25型凝汽式汽轮发电机组。

本项目纯低温余热发电工程所选用的主机设备，详见表5-1。

表5-1纯低温余热发电工程主机设备表

序号

设备名称及型号

数量

主要技术参数、性能、指标

1

凝汽式汽轮机

1

型号：

N4-1.25型

额定功率：

4MW

额定转速：

5600r/min

主汽压力：

1.25MPa

主汽温度：

360℃

排气压力：

0.008MPa

2

4MW发电机

1

型号：

QF4-2型

额定功率：

4MW

额定转速：

3000r/min

出线电压：

10500V

3

SP热管余热锅炉

1

入口废气参数：

205000Nm3/h-340℃

入口废气含尘浓度：

＜100g/m3（标况）

出口废气温度：

≥200℃

产汽量：

16.65t/h-1.3MPa饱和蒸汽

给水参数：

16.65t/h-190℃

过热蒸汽产量：

16.65t/h，P=1.3MPa-320℃

锅炉总漏风：

≤1%

布置方式：

露天

4

AQC热管余热锅炉

1

入口废气参数：

83000Nm3/h-350℃

入口废气含尘浓度：

＜30g/m3（标况）

出口废气温度：

92℃

锅炉蒸发段产汽量：

6.46t/h-1.3MPa饱和蒸汽

过热蒸汽产量